Dokument: Targeting primary ciliogenesis in atypical teratoid/rhabdoid tumors

Titel:	Targeting primary ciliogenesis in atypical teratoid/rhabdoid tumors
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=54596
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20221205-102144-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Blümel, Lena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 13,37 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 27.10.2020 / geändert 27.10.2020
Beitragende:	Prof. Dr. Reifenberger, Guido [Gutachter] Prof. Dr. Kurz, Thomas [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Atypical teratoid/rhabdoid tumor (AT/RT) is a rare but highly malignant brain tumor that preferentially develops in infants during the first years of life. Genetic hallmark of AT/RT is mutations in SWI/SNF related matrix associated actin dependent regulator of chromatin subfamily b member 1 (SMARCB1) or, less frequently, in SMARCA4. Prognosis for patients with AT/RT remains poor with median survival around 17 months, despite intensive multimodal therapies consisting of surgical resection, cranio-spinal radiation and high-dose chemotherapy. Recently, comprehensive genomic studies revealed three distinct molecular subgroups of AT/RT (AT/RT-TYR, AT/RT-MYC and AT/RT-SHH). Since primary cilia have already been shown to play a crucial role in the initiation and progression of other tumor entities, this thesis aimed to characterize the distribution of primary cilia across AT/RT subgroups and to target primary ciliogenesis in these tumors. Immunofluorescence was performed to detect primary cilia in AT/RT patient samples and cell lines. The functional role of primary cilia was investigated in vitro by knockdown of kinesin family member 3A (KIF3A) and treatment with Ciliobrevin D. The relevance of primary ciliogenesis in AT/RT biology was further elucidated in vivo using a Drosophila model of SMARCB1 deficiency and an orthotopic xenograft mouse model of AT/RT. Primary cilia were detected in all AT/RT patient samples and cell lines investigated in this thesis. Notably, a significant subgroup-specific difference in the proportion of primary cilia-positive cells was observed. Specifically, AT/RT-TYR tumors demonstrated the highest percentage of ciliated cells, while AT/RT-MYC and AT/RT-SHH tumors showed a variable degree and the lowest proportion of cells with primary cilia, respectively. Knockdown of KIF3A and treatment with Ciliobrevin D significantly reduced proliferation and clonogenicity of AT/RT cells in vitro. Additionally, apoptosis was significantly increased via the upregulation of signal transducer and activator of transcription (STAT1) and death receptor 5 (DR5) signaling, as detected by proteogenomic profiling. In a Drosophila model of SMARCB1 deficiency, concomitant knockdown of several cilia-associated genes resulted in a substantial shift of the lethal phenotype with >20% of flies reaching adulthood. Furthermore, a significantly prolonged survival was demonstrated in an orthotopic xenograft mouse model of AT/RT following KIF3A knockdown. Finally, drug screening of a clinical compound library revealed increased vulnerability of AT/RT cells towards enhancer of zeste homolog 2 (EZH2) inhibition following KIF3A knockdown. In conclusion, the results summarized in this thesis implicate primary cilia as a key feature of AT/RT biology, especially of the AT/RT-TYR subgroup, and indicate potential clinical relevance of targeting ciliogenesis as a novel therapeutic approach for these highly malignant embryonal brain tumors. Der atypische teratoide/rhabdoide Tumor (AT/RT) ist der häufigste bösartige Hirntumor im Säuglingsalter. Aus genetischer Sicht sind AT/RTs durch Mutationen in SMARCB1 (SWI/SNF related matrix associated actin dependent regulator of chromatin subfamily b member 1) oder seltener in SMARCA4 gekennzeichnet. Das mediane Überleben beträgt nur 17 Monate, obwohl diese jungen Patienten mit multimodalen Therapiestrategien bestehend aus chirurgischer Resektion, kraniospinaler Bestrahlung und Hochdosis-Chemotherapie behandelt werden. Erst kürzlich konnten mittels umfassender genomweiter Studien drei molekulare AT/RT Subgruppen (AT/RT-TYR, AT/RT-MYC und AT/RT-SHH) identifiziert werden. Da bereits gezeigt wurde, dass primäre Zilien eine zentrale Rolle bei der Entstehung und Progression von anderen Tumorentitäten spielen, zielte diese Studie darauf ab die Verteilung von primären Zilien zwischen den unterschiedlichen AT/RT Subgruppen zu charakterisieren und primäre Ziliogenese in diesen Tumoren anzugreifen. Es wurde ein Immunfluoreszenzprotokoll etabliert, welches die Detektion von primären Zilien in AT/RT Patientenproben und Zelllinien ermöglicht. Die funktionale Rolle der primären Zilien wurde in vitro durch die Herunterregulierung von KIF3A (kinesin family member 3A) und die Behandlung mit Ciliobrevin D untersucht. Die weitere Aufklärung der Bedeutung der primären Ziliogenese in der Biologie von AT/RT erfolgte in vivo mit Hilfe eines Drosophila Modells der SMARCB1 Inaktivierung sowie eines orthotopen AT/RT Xenograft Mausmodells. In allen AT/RT Patientenproben und Zelllinien, die in dieser Studie untersucht wurden, konnten primäre Zilien nachgewiesen werden. Durch die Quantifizierung der ziliierten Zellen wurde ein signifikanter Subgruppen-spezifischer Unterschied deutlich, wobei AT/RT-TYR Tumoren im Vergleich zu den anderen Subgruppen den höchsten Anteil an ziliierten Zellen aufwiesen, während AT/RT-MYC und AT/RT-SHH Tumoren einen variablen Anteil und im Vergleich zu den anderen Subgruppen den niedrigsten Anteil an Zellen mit primären Zilien zeigten. Die Herunterregulierung von KIF3A und die Behandlung mit Ciliobrevin D führte in AT/RT Zellen zu einer signifikanten Verringerung der Proliferation und Klonogenizität. Zudem konnte durch proteogenomweite Analysen ein signifikant erhöhter Anteil an apoptotischen Zellen nachgewiesen werden, der durch die Hochregulierung der STAT1 (signal transducer and activator of transcription 1) und DR5 (death receptor 5) Signaltransduktion induziert wurde. In einem Drosophila Modell der SMARCB1 Inaktivierung führte die gleichzeitige Herunterregulierung von mehreren Zilien-assoziierten Genen zu einer erheblichen Verschiebung des tödlichen Phänotyps, wobei >20% der Fliegen das adulte Stadium erreichten. Darüber hinaus wurde in einem orthotopen AT/RT Xenograft Mausmodell eine signifikant verlängerte Überlebenszeit nach der Herunterregulierung von KIF3A nachgewiesen. Schließlich ergab das Wirkstoffscreening einer intern etablierten klinischen Wirkstoffbibliothek in AT/RT Zellen eine erhöhte Sensitivität gegenüber der Inhibierung von EZH2 (enhancer of zeste homolog 2) nach der Herunterregulierung von KIF3A. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die in dieser Studie erzielten Ergebnisse darauf schließen lassen, dass primäre Zilien eine essentielle Rolle in der Biologie von AT/RT (insbesondere von der AT/RT-TYR Subgruppe) spielen und demzufolge als möglicher Angriffspunkt für einen neuen Therapieansatz für diese bösartigen embryonalen Hirntumoren dienen können.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	05.12.2022
Dateien geändert am:	05.12.2022
Promotionsantrag am:	07.05.2020
Datum der Promotion:	18.09.2020